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数字化工厂技术来袭汽车制造业

2015年06月15日 16:38中国机床商务网作者:赵三明点击:4938

  【中国机床商务网 机床上下游】在6月4日由中国汽车工程学会主办的“2015数字化工厂国际研讨会”上,来自汽车业、工业自动化等领域的多位专家,就智能化工厂、工业4.0与汽车行业、从数字化工厂到智能制造等多个议题进行深入研讨。
  
  机械工业仪器仪表综合技术经济研究所所长欧阳劲松教授表示,总体而言,“中国制造2025”与“德国工业4.0”有着许多相似处。
  
  其共同点是:两个战略都是为了迎接新一轮科技和产业革命的到来,着眼于以数字化和网络化为支持的智能化生产。
  
  而不同点在于:两个国家的制造业基础不一样,德国是制造业强国,中国是制造业大国。中国制造占世界制造的20%,但有点“虚胖”。此外,两个国家的工业化发展阶段也不一样,德国已经完成了工业3.0,处于应用电子信息技术进一步提高生产自动化水平的阶段;而中国工业化发展历史不长,大部分还没有自动化和数字化,尚处在工业2.0,也就是将人类带入分工明确、大批量生产的流水线模式和“电气时代”阶段,部分达到3.0水平。因此,中国发展工业应该2.0、3.0和4.0齐头并进。
  

 
  工业4.0阐释德国制造精神
  
  何为工业4.0?一种比较标准的说法是:以智能制造为主导的第四次工业革命(革命性的生产方法)。通过信息物理系统CPS实现全生命周期中制造单元间相互独立地自动交换信息、触发动作和实现控制,将制造业向智能化转型。
  

 
  而国际知名人士UlrichSendler对此的回答却包含了以下四个方面的内容:没有明确的定义;成功的市场营销;采用互联网概念,符合社会发展需要;得到政府的大力支持。
  
  显然,一个微观,一个宏观,前者阐释其内涵,后者则更多说明其与社会的融合。
  
  对此,欧阳劲松从政府层面上解释,德国政府实施工业4.0,主要原因是想将信息和通信技术集成到传统的制造业,以维持其全球市场领导地位,并为CPS技术和产品建立和培育新的市场,成为智能制造技术的主要供应商。
  
  而来自菲尼克斯电气公司的副总裁杜品圣则认为,工业4.0既不宣传产品,也不宣传技术,也没有宣传解决的方法,实际上它是德国工业精神的兴奋剂,它宣传了一种理念,描绘了未来工业发展的前景。
  
  从西门子为福特汽车建立的虚拟数字化工厂平台来看,该工厂对整个福特工厂生产线和生产过程进行了虚拟仿真。从其运行可以看出,该数字化工厂平台可以尽早发现问题,优化工艺流程,同时可实时进行数据分享,支持全球工厂的虚拟验证。来自西门子数字化工厂集团西门子工业软件的周克虎表示,福特虚拟工厂的业务价值在于:改进生产效率,支持全球化生产,进行标准化生产。
  
  工业4.0与智能制造的中国应用
  
  面对当前国内经济增速下滑的局面,如何用互联网融合智能化制造的概念来为汽车工业服务呢?上海汪青自动化科技有限公司总经理李小青认为,从某种程度上讲,提升企业竞争力就是国家实力的体现。在技术创新方面,美国模式对中国企业来说是一条艰难而漫长并充满风险的道路。而德国的制造创新模式,恰恰是一种与互联网融合的智能化先进制造模式,能够提高产品质量和效率、降低成本并实现快速反应,是中国企业可以接受并相对容易实现的模式。但同时也要求我们能做且必须做的是,尽快提升企业竞争力的途径,实现制造业和新技术的融合与发展。
  
  李小青在分析工业4.0的优势时认为,在生产能力上,工业4.0将确保仅一次性生产且产量很低时的获利能力,确保工艺流程的灵活性和资源利用率。同时,工业4.0能够在设计、配置、排序、规划、制造和运行等阶段中纳入个性化的、用户特定的标准,并能够合并最后的修改。通过工业4.0,即使生产一次性项目和极小的生产量(批量大小可为1)也可以实现获利。
  

 
  工业4.0的另一个特点是其灵活性,特别是网络,使业务流程的不同方面(如质量、时间、任务、稳健性、价格和生态友好)实现动态配置,这有助于对材料和供应链的持续“调整”。同时,这也意味着工程流程能够变得更加灵活,制造流程可以被改变,暂时性短缺(比如供应问题)能够被弥补,并且在短时间内实现产量的大幅提高。
  
  李小青以某箱体加工为例来说明工艺优化。这个原工序达33序,需要17台机床的生产线,现工艺只需要2序和2台机床加工,减少了装夹次数,提高了效率和质量。劳动生产率方面,原工艺35人一天加工15个箱体;现工艺只需2人一天加工30个箱体,效率大幅提升。原工艺占地面积1890平方米(18×105),新的柔性加工线占地面积为682平方米(31×22),面积节省60%。在以上各种节省提效的同时,现工艺中还取消了划线等传统工序,淘汰了落后设备,卧式加工中心配置双交换旋转工作台,节省了上下料时间,设备投资仅为原来的30%。
  
  中国拥有工业4.0而不是工业4.0拥有中国
  
  在另一项汽车智能化制造的实例中,一条基于机器人的汽车焊接自动化生产线,其研制的智能高速柔性自动化焊装线,用来满足白车身生产对高纲领、高节拍、高柔性、自动化、智能化焊装线的生产需求,并实现了以下五项基本功能:一是智能切换,实现了关键焊接工位白车身总成车型切换及定位焊接;二是高速输送设备,实现了工位间精确高速传输;三是质量控制,可在线检测白车身焊接后的几何精度;四是机器人焊接,实现了白车身总成的焊接及搬运;五是生产控制系统,采用了基于工业总线技术的智能控制系统。
  
  参与了上述案例的上海交通大学机械与动力工程学院副院长王皓教授表示,制造工艺与装备智能化的重要意义在于,可以从以往的依赖经验转变为基于科学。比如在制造工艺方面,即从经验积累、类比设计进化到数字模拟和智能规划;在质量检测方面,从人工测量、粗略估计,到精确测量和实时反馈;在执行系统方面,从手动操作、依赖经验到智能控制和柔性制造。
  
  再以上海交大参与研制的白车身在线检测与质量诊断控制系统为例,其主要技术方案和系统,如激光测量传感器、测量机器人、测量系统控制器、数据处理与故障诊断软件等,均为自主研制。该系统可在汽车车身制造过程中进行激光在线检测、进行数据处理与显示,形成了大批量、高节拍、多车型柔性生产条件下的车身制造过程尺寸精度综合监控技术,解决了自主装备在线检测中的一道重要难题。
  

 
  到底是选择德国的工业4.0,还是中国制造2025?欧阳劲松认为,德国实施工业4.0实质上是为了维持其在工业领域全球市场的领导地位,并觊觎中国的市场、人才、资金、资源等要素。而我们自身需要勇气、智慧和牺牲,打破管理与行业壁垒,重新构建生产要素链和价值链,建成产品全生命周期、生产过程全生命周期的统一数据平台。“中国拥有工业4.0,而不是工业4.0拥有中国!”欧阳劲松坚定地表达了他的观点。
(来源:中国工业报)

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